рис. 1. Хроматическая аберрация
Так как наибольшей яркостью для глаза обладают лучи желто-зеленые то, наводя на фокус, мы невольно помещаем матовое стекло в плоскости пересечения самых ярких для нас желтых лучей и получаем светлое пятно, окруженное фиолетовой каймой. Значение хроматической аберрации усугубляется тем обстоятельством, что естественная чувствительность фото материалов лежит в области сине-фиолетовых лучей, тогда как глаз максимально восприимчив к лучам желто-зеленым.
рис. 2. Получение ахроматической призмы
Хроматическая аберрация почти полностью устраняется применением вместо одной линзы двух линз разного знака, изготовленных из двух неодинаковых сортов стекла. Сорта оптического стекла делятся на два основных типа: крон и флинт. Кроны обладают небольшим показателем преломления и очень малой дисперсией, т. е. малой разностью показателей преломления для лучей различного цвета. Флинты имеют несколько больший показатель преломления и очень большую дисперсию. Поэтому если изготовить две совершенно одинаковые призмы из крона и флинта, то первая будет обладать небольшим отклонением и небольшой дисперсией (рис. 2 поз. 1), а вторая будет иметь несколько большее отклонение и очень большую дисперсию, т. е. большее расстояние между красной спектральной линией С и фиолетовой линией G (рис. 2 поз. 2). Понятно, что из стекла флинт можно изготовить и такую третью призму, которая будет обладать дисперсией, точно равной дисперсии кроновой призмы (рис. 2 поз. 3, 4). Для этого такая призма должна обладать небольшим преломляющим углом и, следовательно, незначительным отклонением.
Если соединить первую призму с третьей так, чтобы их преломляющие углы были противоположно направлены (рис. 2, поз 5), дисперсия такой сложной призмы будет уничтожена, а отклонение сохранится, хотя и уменьшится по абсолютной величине, так как флинтовая призма даст отклонение, обратное кроновой. Такая сложная призма называется ахроматической призмой и обладает свойством отклонять луч, не разлагая его на составные цветные лучи.
Так как любой участок линзы можно рассматривать как призму, все сказанное о призмах можно перенести на линзы и, сочетая сильную положительную линзу из стекла крон со слабой отрицательной линзой, изготовленной из стекла флинт, можно получить положительную линзу, свободную от хроматической аберрации, или так называемую ахроматическую линзу (рис. 3).
рис. 3. Ахроматическая линза
Поскольку величины дисперсии стекол, выбранных для ахроматической пары, не пропорциональны между собой по всем участкам спектра, удается свести в одну точку изображения, образованные лучами только двух каких-либо цветов (обычно это делают для фиолетовых и красных лучей, лежащих вблизи границ видимого диапазона спектра). При этом изображение, формируемое лучами третьего цвета - зелёного (середина видимого диапазона) не совпадает с этой точкой. Это несовпадение называют вторичным спектром, а объективы с подобным типом коррекции аберраций - ахроматами. В ахроматах из обычных стекол вторичный спектр достаточно велик, и окрас изображения всегда заметен. Вторичный спектр снижает качество изображения и ограничивает возможность развития относительного отверстия объективов, особенно длиннофокусных. Если оптическая система исправлена больше, чем для двух спектральных участков, и в ней уменьшен вторичный спектр, она называется апохроматической (АРО).
рис. 4. Коварство хроматической аберрации проявляется не только вдоль оптической оси, оно портит картину и в плоскости, поперечной ей
Используя обычные оптические стекла (кроны и флинты) исправить вторичный спектр невозможно. Для этого применяются оптические материалы с особым ходом кривой дисперсии - кристаллы или специальные виды стекла. Традиционно наиболее подходящим материалом, позволяющим составить апохроматические комбинации в сочетании с обычными стеклами, считается оптический кристалл фтористой соли кальция (CaF2) - флюорит (др. названия: плавиковый шпат, плавик). Минерал флюорит достаточно распространён, однако большие кристаллы его (до 25 см. в поперечнике) встречаются редко, да и всевозможные их изъяны для оптических заготовок, как правило, непригодны. Поэтому для изготовления оптических блоков кристаллы флюорита выращивают искусственно. Заготовки, и тем более готовые флюоритовые линзы получаются очень дорогими, обладающими к тому же рядом недостатков, о которых мы поговорим позже.
рис. 5. Поголовная окраска кеноновских «дальнобойных труб» в белый цвет, не причуда дизайна и не признак породы,
окраска – защита флюорита от палящих солнечных лучей
Инженеры - оптики давно уже задумывались о достойной замене флюорита другими более технологичными материалами. В 60-х годах прошлого века Никон предложил свой вариант особого стекла ED, с нетрадиционным ходом кривой дисперсии. Преломление лучей разных длин волн в стеклах ED отличается мало (низка дисперсия) или даже носит необычный характер (аномальная дисперсия). В идеальном случае применение линз из стекол ED позволяет свести в одну точку лучи всех трех, а не двух основных цветов и добиться практически полного исправления аберрации по всему видимому спектру.
Не отставали от Никона и другие корифеи оптики: Leitz, Zeiss, Rodenstock и Schneider. Различные компании называют своё суперстекло по-разному. Основа этих особых стёкол - фторфосфатные кроны, которые обладают оптическими характеристиками, ничуть не уступающими флюориту.
рис. 6. У Никона, который использует исключительно стекла из группы фторфосфатных кронов,
которые минимально реагируют на температурные издевательства, окраска дальнобойной оптики может быть любой
Специалисты нашего Лыткаринского Завода (ЛЗОС), с успехом изготовлявшие в своё время флюоритовую оптику, разработали стекло из группы фторфосфатных кронов - особый крон марки ОК4. Обладая близкими к флюориту значениями оптических констант, стекло ОК4 в то же время имеет ряд преимуществ по сравнению с флюоритом: это, прежде всего, более высокая оптическая однородность, отсутствие спайности, характерной для оптических кристаллов флюорита. Кроме того, стекло ОК4 обладает малой термооптической постоянной (в 3 раза меньшей по абсолютной величине, чем у флюорита), что дает возможность устранения в оптической системе термоволновых аберраций, то есть аберраций, возникающих при изменении температуры окружающей среды. Схемы уникальных астрономических линзовых объективов-апохроматов ЛЗОС построены именно с использованием стекла марки ОК4. К великому сожалению передовые российские оптические разработки, как прошлых лет (флюорит), так и сегодняшние, наверняка превосходящие по параметрам зарубежные низкодисперсные стёкла ED, UD, SD и пр., достаются исключительно военным. Лишь мизерное количество высококлассных оптических приборов (скорее всего образцы опытных серий), использующих высокие технологии, просачивалось в руки наших фотографов [АПО Таир-1, МС Яшма-4Н (рис. 8) и т. п.].
рис. 07. Это лишь часть бесконечного АРО-набора оптики от Сигмы
Однако идеальный случай полного сведения всех цветов в точку, к сожалению, по многим физическим причинам остаётся иллюзией. Мы рассмотрели оптические выкладки лишь в их первом приближении. А ведь коварство хроматической аберрации проявляется не только вдоль оптической оси, оно портит картину и в плоскости, поперечной ей (рис. 4). Тем не менее, борьба с этим недугом больших телевиков не прекращается.
Итак, сегодня существует два независимых технологических фронта борьбы за высококлассные объективы - апохроматы:
- использование в оптических формулах стекла из группы фторфосфатных кронов (ED);
- использование стекол на основе кристаллов флюорита.
Как уже говорилось, стекло ED (Extra Low Dispersion – сверхнизкая дисперсия) было создано, чтобы обеспечить, особенно телеобъективам, максимально возможную резкость, сведя к минимуму хроматические аберрации. Причём с применением ED-стекла стало возможным получать высококлассные характеристики объективов даже при полностью открытой диафрагме. Линзы ED практически не чувствительны к изменениям температуры и влажности, так что они полностью сняли проблемы «сдвига фокуса», которые были свойственны их предшественникам, линзам, использующим материалы кристаллов флюорита. Стекло ED твердо и устойчиво к механическим повреждениям, что с большим успехом позволяет использовать его в открытых передних и задних элементах объективов. Самыми ранними объективами Никона, включавшими в свою оптику элементы ED-стекла, были Nikkor 180mm f/2.8 (1970г.) и 400mm f/5.6 (1973г.), хотя этот факт никак не отражён в их маркировке.
рис. 8. ЯШМА 4 Н 300mm f/2.8
Другой путь минимизации хроматизма – использование флюоритовой оптики. Объективы, содержащие один или несколько элементов из фтористого кальция, называются флюоритовыми. Они, как правило, обладают практически полной коррекцией хроматической аберрации. Так как кристаллы фтористого кальция не так прочны, как стекло, из этого материала делаются только внутренние линзы таких объективов, поверхности которых обычно недоступны для протирания или другого воздействия, которому их может случайно подвергнуть фотограф. Как правило, передние и задние линзы делаются из обычного оптического стекла.
У флюорита, как оптического материала, недостатков больше, чем достаточно. Во-первых, материал очень дорог. Во-вторых, существует масса проблем, связанных с выращиванием крупногабаритных монокристаллов. В-третьих, флюорит очень мягок и с трудом поддаётся механической обработке: шлифовке, полировке. Это усложняет технологию и приводит к увеличению цены на конечный продукт.
Основной же недостаток флюорита, как мы уже говорили, - большой коэффициент термического расширения, который тянет за собой изменение оптического качества объектива. Canon, для своей дальнобойной оптики, наряду со стеклами группы фторфосфатных кронов (у Кенона они именуются, по своему, UD), до сих пор довольно широко использует флюорит. И вовсе не случайно кеноновские «трубы» поголовно окрашены в белый цвет. Это вовсе не причуда дизайна и не признак породы, окраска – защита от палящих солнечных лучей (рис. 5). У Никона, который использует исключительно стекла из группы фторфосфатных кронов, которые минимально реагируют на температурные издевательства, окраска дальнобойной оптики может быть любой. Здесь всё отдается на откуп дизайнеру (рис. 6).
Не все творцы оптики стараются привлечь внимание покупателя волшебной аббревиатурой АРО. Её, в качестве украшения, Вы можете увидеть на объективах Leica, Mamiya, Minolta, Nikon (объективы крупного формата), Rodenstock (объективы крупного формата и увеличения), Schneider-Kreuznach, Sigma и С. Zeiss, в то время как другие компании, пользующиеся безупречной репутацией: Canon, Nikon, Olympus, Tokina и Tamron отказываются от этого престижного атрибута. Так что не стоит думать, что отсутствие волшебных букв на оправе объектива свидетельствует о его неполноценности.
рис. 9. Тубус ЯШМА 4
С другой стороны, использование независимым производителем аббревиатуры АРО чуть ли ни на каждом втором своём объективе (рис. 07) больше напоминает профанацию. Это что-то вроде звания «народного артиста» в современной России.
МС ЯШМА 4 Н 300mm f/2.8 и ARSAT H 300mm f/2.8
Упомянутые объективы достаточно известны, хотя бы понаслышке. О них немало написано. О других можно узнать, порывшись в Сети, или в старых выставочных буклетах. А вот последние два объектива - отечественный ЯШМА 4 Н 300mm f/2.8 (рис. 8) и украинский ARSAT H 300mm f/2.8 – для многих загадка.
Прайс, вывешенный сегодня на сайте киевского завода «Арсенал» предлагает «трёхсотник» ARSAT H 300mm f/2.8 за 4600 «местных рублей», это немного больше 1000$. Однако не спешите туда обращаться, в наличии его нет. Оптики завод сегодня почти не выпускает, торгует старыми запасами, многое из которых уже иссякло. «Арсенал» предприятие государственное. Сейчас оно занято производством позарез необходимых Украине газовых счётчиков, детекторов валют и светофоров, которые полностью заменили в этом регионе службу ГАИ. «Самостийная» не спешит, да и не в силах вернуть «Арсенал» в лоно военно-промышленного комплекса. Только в таком статусе от него можно было бы ожидать прежней отдачи, да и то только при условии восстановления давних связей с поставщиками стекла. Лыткаринский же завод сегодня за границей, так что возрождения «Арсенала» придётся дожидаться долго.
рис. 10. Байонет ЯШМА 4
Что же известно об этих объективах?
Единственный в СССР «трёхсотник» ЯШМА 4 Н 300mm f/2.8 просочился мизерной серией на прилавок предположительно на рубеже 60-х и 70-х годов. Об этом можно косвенно судить по «старорежимной» резьбе большого диаметра на штативной дырке. Дело в том, что в начале 70-х мы уже присоединились к общепринятым современным фотостроительным нормам и штативные гнёзда наших приборов нормализовались.
В те годы ЯШМА 4 Н альтернативы не имела. Ничего подобного, в СССР никогда не продавалось. Я намеренно использовал глагол «продавалось», поскольку выпускать мы могли и, конечно же, выпускали, гораздо более серьезную оптику, но лишь для специальных надобностей, о которых и сейчас мы знать не имеем права. Секрет, и всё тут!
И альтернатива имелась – те же «трёхсотники» Никона и Кенона, но они были ещё недоступней наших секретов.
Во всяком случае, редкие счастливцы, заполучившие Яшму тогда, были в шоке. Она покоряла своими необычными возможностями. Собственно это закономерно случается со всеми, кто впервые берёт в руки объектив 300mm f/2.8 (см. начало статьи).
рис. 11. Съёмный башмак с мощным петлевым ремнём для переноски системы камера – объектив
Давайте повнимательней рассмотрим Яшму сегодня, с позиции человека, которому доводилось посмотреть на мир сквозь линзы других, заслуженных «трёхсотников».
Тубус (рис. 9) и байонет (рис. 10) объектива - добротное «железо» времён расцвета «военпрома». Привычно-топорный отечественный дизайн не вызывает эстетических восторгов, зато внушает чувство уверенности в инструменте, «визьмешь в руки – маешь вещь». Очень хороша чёрная отделка, вероятно глубокое оксидирование. Передний, выступающий торец объектива одет в резиновую манжету. Присутствует необходимое вращающееся штативное крепление. При желании к нему может крепиться, находящийся в комплекте специальный башмак с мощным петлевым ремнём для переноски системы камера – объектив. У него тоже есть своё штативное гнездо (рис. 11). Это выглядит достаточно архаично, но неудобств не вызывает.
Над фокусировочным барабаном имеется стопорное кольцо для предустановки фокуса. Головка стопорного винта, правда, маловата. Зато сам фокусировочный барабан хорош – широкий, с лёгким ходом и удобным рифлением.
рис. 12. ЯШМА 4 Н в различной амуниции
К объективу прилагаются две бленды: обычная резиновая, с резьбовым креплением (рис. 12, поз. 2) и металлическая, очень глубокая (180 мм.) со специальным креплением (вероятно для астросъёмок) (рис. 12, поз. 3). Кроме того, в комплект входят два резьбовых фильтра Ж-1,4* и Г-1,4, оба 37мм х 0,75, которые устанавливаются за тыловым оптическим элементом. Поскольку заобъективный фильтр является полноправным элементом оптической схемы, на его место, в случае ненадобности специального фильтра, обязательно вворачивается имитатор «2,8/300 37мм х 0,75» из обычного оптического стекла (рис. 10), который имеется в комплекте объектива.
рис. 13. ЯШМА 4 Н 300mm f/2.8 f=2.8
Сколько Яшм было выпущено?
Статистика очень не совершенна. Диапазон серийных номеров, который доводилось встречать в разных отзывах, описаниях, или на лотах eBay простирается от № 9400089 до № 9400126. Имея в виду чрезвычайную редкость этого изделия, и предположение, что первенец имел номер 9400001, беру на себя смелость допустить, что сделано этих Яшм было не более нескольких сотен штук. Когда прекратился её выпуск, неизвестно.
Предположительно это была опытная серия, возможно заказанная, каким то ведомством, часть, которой, просочилась в руки российских фотографов. Отпускная цена, скорее всего, была неподъёмна для обывателя, да и не на много она отличалась от себестоимости, чтобы приносить прибыль «Арсеналу».
Теперь о качествах.
Яшма на поверку оказалась очень хороша. Хроматит она ничуть не более крепких японских «трёхсотников», в равных условиях, на одних и тех же сюжетах. Специальных количественных, или измерительных тестов я не проводил. Это чисто субъективная визуальная сравнительная оценка по отпечаткам большого увеличения. При полностью открытом отверстии объектив ведёт себя вполне достойно, сохраняя хороший контраст и резкость по всему полю (рис. 13, 14 и 15).
Предположительно в оптической схеме Яшмы (рис. 16) использовался лыткаринский флюорит, поскольку в конце 60-х подмосковный завод, скорее всего, ещё не был готов к серийному производству стекла сверхнизкой дисперсии. Хотя я могу в этом и заблуждаться.
Мне довелось использовать Яшму с никоновским креплением (AI, не AIs), однако некоторые источники говорят о том, что были изготовлены Яшмы с креплением Leica R. Одним словом, отечественный «трёхсотник» ЯШМА 4 Н 300mm f/2.8, несмотря на свою неказистость, очень достойный инструмент, вполне способный конкурировать по оптическим возможностям с азиатскими «денди». Не стоит относиться к нему как к музейному экспонату. В умелых руках наш «трёхсотник» способен выдавать великолепные результаты (не сочтите за нескромность, здесь я не о себе). Творцами интересных, неординарных работ можете стать и Вы, конечно, если его разыщете.
рис. 16. Оптическая схема ЯШМА 4 Н 300mm f/2.8, функция IF – внутренняя фокусировка реализуется перемещением 5-го компонента
Несколько слов о «трёхсотнике» ARSAT H 300mm f/2.8 (рис. 17).
В Начале 90-х, заполучив независимость, «самостийная» по инерции продолжала ещё что-то производить. Прихрамывая, работал и киевский «Арсенал». Правда, свои объективы он перекрестил в «Арсаты». Так появился ARSAT H 300mm f/2.8. Внешне он практически не отличим от Яшмы (рис. 18), что и послужило рождению слухов о тождественности Яшмы и Арсата. Скорее всего, это не совсем верно.
рис. 17.ARSAT H 300mm f/2.8
Какие комплектующие элементы использовались при создании этого нового прибора? Возможно, в ранние экземпляры Арсата ещё удавалось пристроить остатки стекла Лыткаринского завода. Но из чего это собиралось потом, неизвестно. Мне попробовать на деле ARSAT H 300mm f/2.8 не доводилось, поэтому ничего плохого, да и хорошего тоже, о его качествах сказать не могу.
рис. 18. ARSAT H 300mm f/2.8 внешне он практически не отличим от Яшмы
Фото автора: негативы 24 х 36 мм, объектив ЯШМА 4 Н 300mm f/2.8
Борис Бакст